基于車車通信的路況信息采集算法

　　關于車車通信的研究早在20世紀80年代在日本、歐美等國家紛紛啟動。我國對車車通信的研究起步比較晚，主要有清華大學專家研究提出了一種基于車車通信的交通信息采集方法，設計了相應的無線交通信息服務系統(WTISS)原型;武漢理工大學的學者們在基于自組網的車車通信研究中，旨在通過車車通信解決交通中的緊急情況報警及剎車輔助等。

　　另外，上海交通大學研究一種基于Ad Hoc無線網絡的自主式道路通行狀況信息系統，該系統主要是通過每輛車與對向車的自組網連接，并周期性地廣播自身車輛采集的信息，了解該車行駛前方道路的擁堵情況。該方案存在以下問題：首先，當車輛密度較大時，周期性的信息廣播必然造成無線網絡的過載;第二，對于無對向車的單行線，以及對向車無車輛行駛的道路交通路況信息無法掌握;第三，由于該系統僅依賴對向車采集，其路網覆蓋率相對較低，實時性及信息覆蓋范圍會受到一定限制。本文提出的采集算法及系統工作流程旨在解決這些問題。

　　1 車車通信過程

　　本文介紹的車車通信中，車輛間的交互信息為車輛自身采集信息，如何通過車輛自身采集信息獲得其當前的路況信息是本文的研究重點。

　　車輛自身采集信息的構成包括車輛行駛的路段(包括方向)、行駛距離、行駛時間、采集的時間戳，以及必要的車輛標識信息。其信息內容格式見表1。

　　圖1是車輛行駛過程，其中，A，B，C，…標識路段;d0表示路段起點的距離偏差;d1表示信息采集末端到路段末端的距離偏差;S0表示實際路段長度;S表示車輛采集信息所行駛的路段長度;(x1，y1，t1)，(x2，y2，t2)是車輛駛入和駛出路段的位置和時間。

　　車車通信流程可分為發送采集信息的流程和接收外界信息的流程兩個部分，如圖2所示。其中，虛箭頭左端是節點采集信息流程;右端是節點接收外界信息的流程，虛箭頭表示一節點向另一節點發送信息。

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2 車車通信模型

　　按照上述設計，車車通信模型如圖3所示，其中車輛節點用長方塊加數字來識別;圓形虛線指車輛節點的通信區域;箭頭線表示某車輛節點發出廣播包到另。一個車輛節點;“×號”表示目的車輛節點的丟棄信息。

　　3 信息采集算法

　　如圖3所示，假設某路段共有N個車輛節點，t時刻某車輛i接收到了N1輛車的路況信息，此時處理后的路況信息可用速度表示如下：

　　式中：Si，Ti為車輛i駛過該路段的距離及所用時間。過一段時間后，在t’時刻該車輛又獲得了N2輛車的信息，那么它處理后的路況信息用速度值表示為：

　　假設路段起點及路段末端的偏差相同，即每個車輛行駛的距離都為S，則t’時刻接收到的信息采集車輛(M輛)與該路段總的信息采集車輛(N輛)所采集的路況信息(速度)統計誤差率為：

　　由上式可以看出，接收且統計的信息來源車輛數M越接近該路段信息采集的車輛總數N，采集的路況信息越接近實際，當M=N時，e=0。

　　4 仿真平臺和仿真結果

　　根據該系統工作方式，本仿真基于NS2網絡仿真模塊模擬自組織網絡(Ad Hoe)，底層采用IEEE802.11無線協議。在仿真過程中車輛的速度在一個范圍內隨機取值，廣播通信的實現是在AODV協議的基礎上做了相應的修改。為了比較不同通信方式的效果，本文增加了對車輛單播通信的仿真模擬，其具體流程與廣播類似。在廣播與單播通信方式下，車輛獲得的路況信息統計值與真實值之間的平均誤差率如圖4所示。

　　在仿真過程中發現，單播傳遞過程會有大量的丟包現象，分析其主要原因是單播包文的轉發主要依靠某些路由協議轉發數據包，車輛節點密度越大，丟包越嚴重，這也是選擇廣播通信的一個原因。

　　5 結語

　　目前車車通信技術的研究多處在研究階段，本文提出的算法針對現有一些研究的相關問題及不足進行了改進。通過采用路段末端處發送廣播信息可避免周期性的廣播及減少信息量;采用行駛距離與行駛時間的速度計算可獲得較準確的路況信息;同時，車輛信息的傳遞不局限于對向車。最后，通過上述算法的仿真可看出，改進后的算法具有一定的有效性及參考意義，今后將需進一步深入研究，并利用一些交通仿真系統進行更加真實的模擬測試。